Обучение в условиях операционной часто происходит бесструктурно, эпизодично и зависит от случайных факторов, связанных с пациентами и их заболеванием. Не вызывает сомнений, что для достижения определенного уровня компетентности в выбранной области начинающим хирургам необходимо совершенствовать практические навыки. Для объяснения большей продолжительности выполнения оперативного вмешательства, большей частоты осложнений и даже более высокого показателя смертности в течение такого периода совершенствования навыков неоднократно использовался термин "кривая обучения" [1, 2]. Хотя процесс обучения проходит под контролем опытных специалистов, а пациент предоставляет информированное согласие, в современной медицинской практике подобный подход не приемлем с экономической и этической точек зрения. Таким образом, необходимо исследовать, определить и внедрить способы совершенствования хирургических навыков, которые позволят не подвергать пациента риску и предотвратить устранимые ошибки хирурга [3].
Для совершенствования технических навыков на ранних этапах обучения была предложена симуляция с виртуальным отображением (ВО) и компьютерным моделированием [4]. В недавно выполненном систематическом обзоре обосновывалась необходимость перехода к использованию имитации оперативного вмешательства в области лапароскопии и эндоскопии, поскольку при этом удается "обеспечить безопасный, эффективный и этичный путь приобретения хирургических навыков" [5]. Тем не менее авторы указывают, что качество рассмотренных исследований сильно варьировало, и в них использовалось значительное количество различных стратегий обучения участников. Было сделано заключение о том, что обучающие модули предпочтительно свести к стандартной учебной программе [6].
Цель учебной программы - приобретение обучающимися навыков определенного уровня, необходимых для перехода к оперированию более сложных случаев. Это не просто работа на симуляторе, но и особый режим обучения, который определяет степень перенесения навыков в условиях операционной. Этот режим состоит из обучения, основанного на имеющихся теоретических знаниях, пошагового усвоения технических навыков, получения обратной связи и развития профессиональных навыков с дальнейшим применением их в реальных условиях [7].
Цель данного исследования - разработка научно обоснованной пошаговой учебной программы с ВО для приобретения технических навыков выполнения лапароскопической холецистэктомии (ЛХ). Хотя программы обучения для приобретения основных и специальных навыков на симуляторах с ВО были описаны ранее [8, 9], это первый случай применения последовательного научного метода для анализа средства ВО ЛХ в полном объеме с целью разработки учебной программы. Основная трудность состояла в определении иерархической модели тренинга, подкрепленной объективным измерением уровня профессионализма, а конечная цель - демонстрация значимого снижения длительности и наклона кривой обучения во время выполнения ЛХ реальным пациентам.
Методы
Участвовавшие в исследовании субъекты были распределены на 3 группы: высококвалифицированные хирурги, выполнившие >100 ЛХ, квалифицированные хирурги, выполнившие от 20 до 50 ЛХ, и начинающие хирурги, выполнившие <10 ЛХ. Для включения в группы начинающих хирургов субъекты, которые не выполнили ни одной ЛХ, должны были выполнять роль первых ассистентов не менее чем в 5 ЛХ. Набор в исследование проводился лишь на основании собеседования. Единственным критерием исключения был опыт предшествующего использования лапароскопических симуляторов любого вида, включая тренажеры-коробки.
Технические средства виртуального отображения
Лапароскопический хирургический симулятор для ВО LAP Mentor™ (Simbionix Corporation, Cleveland, Ohio, США) предполагает отработку основных навыков, необходимых для лапароскопии, выполнение заданий, специфичных для оперативных вмешательств данного типа, и полную симуляцию операций холецистэктомии. Имеется 9 основных навыков (таких как манипуляции обеими руками, рис. 1А), 4 дидактических задания, моделирующих этапы оперативного вмешательства (например, диссекция тканей в проекции треугольника Кало, рис. 1Б) и 18 полных симуляций операций ЛХ. Полные версии операций ЛХ отличаются особенностями анатомии билиарной системы и выраженностью воспаления. В рамках данного исследования, целью которого была разработка программы обучения начинающих хирургов-эндоскопистов, использовался лишь первый тип ЛХ, легендой которого являлся пациент с желчной коликой в анамнезе и стандартной анатомией билиарной системы.
Субъекты выполняли манипуляции на виртуальных тканях с помощью пары лапароскопических инструментов через устройство, моделирующее тактильный ответ. Тип инструмента (зажим, ножницы, клипатор, диатермический крючок и т. п.) выбирали с помощью экранного меню. Подробное описание предлагаемых симулятором заданий представлено на табл. 1.
Предложенные задания
Каждый из 9 базовых навыков, 4 дидактических задания, моделирующих этапы операции, и симуляция полной ЛХ были выполнены в ходе 2 сеансов квалифицированными и высококвалифицированными хирургами-участниками, и в ходе 10 сеансов - начинающими хирургами. Перед началом выполнения задания каждому участнику предоставлялась возможность непосредственно ознакомиться с симулятором под руководством опытного оператора. Перед каждым заданием опытный оператор демонстрировал технику его выполнения, при этом субъект-участник имел возможность задать интересующие его вопросы. Длительность ознакомительного периода составляла примерно 30 мин. Во время непосредственного выполнения заданий помощь участникам не предоставлялась.
Все сеансы были разделены перерывом длительностью не менее 1 ч, а начинающие хирурги-участники выполняли не более 2 сеансов за день.
Оценка результативности
Данные по каждому выполняемому заданию объективно оценивались симулятором в фоновом режиме. Регистрировались различные данные, в том числе затраченное время, показатели экономности движений и аккуратности, время прижигания и балловая оценка ошибок. Данные сохранялись программным обеспечением симулятора в виде электронных таблиц Excel™ (Microsoft Corporation, Redmond, Washington, США).
Конструктная валидность - это тестирование модели на способность к дифференцированию различных уровней опыта и, следовательно, на ее пригодность для оценки результативности [7]. Конструктная валидность каждого виртуального задания и обоснованность использования определенных виртуальных условий, созданных симулятором, для оценки технических навыков, необходимых при выполнении лапароскопии, определяли путем сравнения средних показателей результативности трех групп хирургов в ходе первых двух сеансов обучения. Статистический анализ кривых обучения начинающих хирургов-эндоскопистов использовали для выяснения, могут ли повторные занятия приблизить продемонстрированные ими показатели к соответствующим показателям опытных хирургов. Эталонные точки, которые должны быть достигнуты перед переходом к следующему этапу учебной программы, определяли, рассчитывая средний показатель в баллах для каждого параметра во время второго сеанса выполнения заданий каждым опытным хирургом. Предполагалось, что при выполнении второй попытки задания опытные хирурги уже освоились со симулятором, который был им не знаком во время первой попытки.
Характер прохождения начинающими хирургами этих ясно обозначенных этапов (результаты сравнения показателей, полученных с помощью симулятора, т. е. конструктной валидности, анализа кривой обучения и определения эталонных точек) позволяет составить программу для обучения технике операции, опираясь на доказательную базу, а не на предположения. Таким образом, программа подготовки начинающих хирургов является профессионально и научно обоснованной.
Статистический анализ
Выбор количества субъектов в группе (не менее 10) осуществлялся с учетом двустороннего критерия с α=0,05 и мощностью (1-β)=0,80 и предполагаемым уменьшением времени, затраченного на завершение заданий опытными хирургами, на 30%, по сравнению с соответствующим показателем для неопытных хирургов (по данным ранее проведенных исследований с использованием средств ВО) [8, 9]. Расчетное количество - 8 субъектов - было увеличено до 10 с поправкой на возможное выпадение или на техническую неисправность симулятора. В исследование были привлечены 30 неопытных хирургов, при этом 10 субъектов прошли 10 сеансов обучения 9 основным навыкам, другие 10 субъектов практиковались лишь в выполнении 4 дидактических заданий, моделирующих этапы оперативного вмешательства, и еще 10 субъектов практиковались в выполнении виртуальной холецистэктомии в полном объеме. Было необходимо убедиться, что начинающие хирурги не пройдут 10 сеансов обучения на одном модуле ВО с последующим переходом к другому, что могло бы нежелательно исказить результаты исследования. Подобная проблема не возникала при тренинге квалифицированных и высококвалифицированных хирургов, поскольку они выполняли лишь 2 повтора каждого задания.
Полученные данные были проанализированы при помощи SPSS® версии 16.0 (SPSS, Chicago, Illinois, США) с использованием непараметрических критериев. Сравнение показателей результативности в группах начинающих, квалифицированных и высококвалифицированных субъектов проводили с использованием критерия Краскела-Уоллиса и U-критерия Манна-
Уитни в соответствии с необходимостью. Данные кривой обучения были проанализированы с помощью критерия Фридмана (непараметрический дисперсионный анализ с повторными измерениями). Затем были выполнены множественные сравнения для определения момента выхода показателей на плато. Статистическая значимость была установлена на уровне p<0,05.
Результаты
В исследование были привлечены 57 субъектов, из них 16 были высококвалифицированными, 11 обладали средним уровнем квалификации и 30 были начинающими хирургами. Из 16 высококвалифицированных хирургов 9 субъектов дважды выполнили задания на развитие 9 основных навыков, 11 субъектов выполнили 4 дидактических задания, моделирующих этапы оперативного вмешательства, и 10 субъектов выполнили виртуальную холецистэктомию в полном объеме. 30 начинающих хирургов были разделены на 3 равные группы. Участники 1-й группы 10 раз выполнили упражнения на развитие 9 основных навыков, участники 2-й группы - 4 дидактических задания, моделирующих этапы оперативного вмешательства, а 3-й - 10 раз выполнили виртуальную холецистэктомию в полном объеме.
Основные навыки
8 из 9 основных навыков оказались конструктно валидными, преимущественно в отношении показателей затраченного времени и скорости завершения (табл. 2). Начинающие, квалифицированные и высококвалифицированные хирурги выполняли упражнение "Клипирование и захватывание" со значимыми различиями в показателях времени (161, 120 и 111 с соответственно, p=0,009) и общей скорости (5,6; 7,4 и 7,9 см/с, p=0,011). При выполнении упражнения "Манипуляции обеими руками" имелось межгрупповое различие в показателях времени (171, 107 и 102 с; p=0,001), общей скорости (6,3; 6,7 и 7,3 см/с; p=0,049), общего количества движений (239, 128 и 128; p=0,007) (рис. 2) и общей длины пути (673, 484 и 512 см; p=0,016), пройденного концами инструментов. Кроме того, разница по этим показателям была значима для двух навыков между группами начинающих и квалифицированных хирургов, а также между группами начинающих и высококвалифицированных хирургов, однако разницы между группами квалифицированных и высококвалифицированных хирургов не отмечалось.
Анализ кривых обучения для группы начинающих хирургов выявил значимый уровень улучшения в упражнениях "Клипирование и захватывание" и "Манипуляции обеими руками" для вышеупомянутых валидных показателей, кроме общей скорости для последнего навыка. Все показатели вышли на уровень плато между 6-м и 9-м сеансами для данной группы, однако показатель общей скорости в упражнении "Клипирование и захватывание" вышел на плато на 2-м обучающем сеансе.
Дидактические задания
По данным, зарегистрированным симулятором, показатели, определяемые при выполнении задания "Клипирование и рассечение тканей - ретракция желчного пузыря" субъектами трех разных групп, не отличались. При выполнении задания "Клипирование и рассечение тканей - манипуляции двумя руками" значимые различия имелись лишь в показателе общей скорости (3,5 см/с у начинающих хирургов, 4,1 см/с у квалифицированных хирургов и 4,7 см/с у высококвалифицированных хирургов, p=0,049). Для задания "Диссекция тканей в проекции треугольника Кало" показатели затраченного времени (p<0,001), общего количества движений (p=0,002),общей длины пути (p=0,011), общей скорости (p=0,001), показатель аккуратности (p=0,002), общее время прижигания (p=0,003) и общее время прижигания без контакта с тканью (p<0,001) после 1-го сеанса значимо отличались среди начинающих, квалифицированных и высококвалифицированных хирургов. При выполнении задания "Выделение желчного пузыря" у всех начинающих хирургов были отмечены статистически значимые кривые обучения всех конструктно валидных показателей с плато на 4-м сеансе (рис. 3).
Выполнение виртуальной холецистэктомии в полном объеме
При выполнении виртуальной холецистэктомии в полном объеме были продемонстрированы значимые различия между субъектами трех групп по показателям затраченного времени (1541, 673 и 816 с, p=0,002), времени до выделения желчного пузыря (1487, 635 и 768, p=0,002), общего количества движений (1021, 565 и 768, p=0,006) и общей длины пути (2038, 1235 и 1303 см; p=0,033). Все конструктно валидные показатели также характеризовались значимыми кривыми обучения с плато на 2-м и 3-м сеансах (p<0,001).
Составление учебной программы
Результаты исследования, кратко изложенные в табл. 3, были использованы для составления учебной программы. Были исключены 2 показателя - общая скорость в упражнении "Клипирование и захватывание", поскольку обучение, направленное на повышение скорости было сочтено нецелесообразным, и время до выделения желчного пузыря во время выполнения виртуальной холецистэктомии в полном объеме, поскольку оно было практически идентично показателю затраченного времени и не служило мерой роста профессионализма. Итогом проведения исследования послужило создание квалификационно обоснованной учебной программы на основе виртуальной ЛХ, выполняемой в полном объеме (рис. 4).
Обсуждение
В данном исследовании был задействован пошаговый анализ модулей и показателей средства виртуального отображения, по результатам которого была разработана учебная программа на основе виртуальной ЛХ, выполняемой в полном объеме. Конструктную валидацию модулей выполняли путем сравнения производительности действий участников, разделенных по уровню хирургического опыта на 3 группы. Далее были получены кривые обучения, свидетельствующие о том, что повторный тренинг на самом деле улучшает измерявшуюся симулятором производительность действий начинающих хирургов. Технические навыки, приобретенные в ходе тренинга на симуляторе, релевантны для ЛХ и способствуют сокращению периода, требуемого для достижения профессионального уровня, необходимого для выполнения реальных оперативных вмешательств.
Согласно учебной программе, подготовка начинается с модулей основных навыков, с двумя сеансами повторения заданий на развитие 9 базовых навыков. Далее следует наработка двух наиболее тяжело усваиваемых (по данным кривых обучения) навыков. Переход к выполнению дидактических заданий, моделирующих этапы операции, требует достижения эталонных критериев производительности, рассчитанных на основании данных о производительности действий опытных хирургов. Структура учебной программы идентична для 4 дидактических заданий, моделирующих этапы операции, которые подготавливают обучаемого к модулю выполнения виртуальной ЛХ в полном объеме. При этом перед завершением тренировочного периода к обучающемуся также предъявляются требования, касающиеся достижения критериев производительности. Следует отметить, что учебная программа следует скорее принципу дистрибутивности, а не массивности, при этом в день проводится не более 2 обучающих сеансов, разделенных перерывом длительностью не менее 1 ч [10, 11]. Наконец, для того чтобы гарантировать закономерное, а не случайное получение высокого балла, достижение каждого эталонного показателя необходимо продемонстрировать в течение 2 последовательных сеансов.
Данные, полученные в ходе этого исследования, четко подтвердили конструктную валидность и прогрессирование кривой обучения модулей стимулятора. Интересно, что между показателями производительности квалифицированных и высококвалифицированных хирургов при работе на симуляторе значимых различий не наблюдалось. Это наблюдение подтверждает факт того, что группа квалифицированных хирургов приближается к фазе плато своей кривой обучения ЛХ. Таким образом, занятия, согласно программе обучения, с большей вероятностью принесут пользу начинающим хирургам. Кроме того, заслуживает внимания тот факт, что тенденция к сходству результатов при повышении уровня опыта и на фоне повторного тренинга начинающих хирургов.
Конструктная валидность упражнения для развития основных навыков на симуляторе для ВО LAP MentorTM изучалась и в ходе других исследований. McDougall и соавт. [12] анализировали эффективность деятельности субъектов, разделенных по уровню опыта на 4 группы, согласно сумме баллов для каждого навыка [12]. Хотя исходы в отношении конструктной валидности основных навыков были положительными, пока не ясно, насколько произвольный подсчет баллов, предложенный производителем симулятора, приемлем для определения степени овладения навыками. Необходимо разработать доказательства удельного веса различных компонентов, которые составляют этот балловый показатель. В то же время в соответствии с результатами McDougall и соавт. [12], Zhang и соавт. [13] представили хорошие доказательства конструктной валидности основных навыков, касающихся времени и общего баллового показателя.
В нескольких ранее проведенных исследованиях оценивались валидность и кривые обучения других устройств ВО [14, 15].
Однако выработанные базовые принципы использования симуляции в программе клинического обучения не были объединены в последовательную и преемственную систему квалификационно обоснованного обучения. Результаты систематического обзора, выполненного Sturm и соавт., свидетельствовали о наличии нескольких стратегий обучения на основе ВО, используемых для подготовки к реальным оперативным вмешательствам. В большинстве исследований субъектов готовили на основе предписанного количества повторений; при использовании квалификационной оценки применялись изолированные модули, основанные на показателях эффективности, продемонстрированных опытными хирургами [16, 17]. Для того чтобы расширить сферу использования обучающих симуляторов в программах подготовки хирургов-интернов следует предоставить руководство по использованию симулятора, являющееся рекомендованной программой обучения. Это позволит стандартизировать подходы в лапароскопической хирургии и послужит гарантией того, что начинающие хирурги перейдут к выполнению оперативных вмешательств реальным пациентам лишь после достижения рекомендованных уровня квалификации.
Общими препятствиями к внедрению учебной программы являются высокая стоимость приобретения и эксплуатации симулятора, необходимость выделения дополнительного пространства для проведения тренинга и дополнительных учебных часов для включения учебной программы с применением средств ВО в учебный план подготовки врачей-интернов [18]. Возможно, сокращение кривой обучения во время выполнения реальных оперативных вмешательств будет способствовать снижению общей стоимости подготовки каждого отдельного интерна-хирурга. Что касается графика занятий, согласно учебной программе, рекомендуется проводить не более 2 учебных сеансов в день с перерывом длительностью не менее 1 ч между занятиями. Необходимость распределять занятия во времени очевидна, однако пока неясно, как часто следует их проводить: 1 раз в день или 1 раз в неделю [10, 11]. Внедрение данной учебной программы потребует определенных компромиссов при назначении учебных сеансов, однако при этом не следует забывать о важности приобретения навыков, поскольку выполнение учебной программы предполагает достижение определенных показателей квалификации.
Данная учебная программа не предназначена для замещения работы в операционной, однако она позволит части кривой обучения сформироваться в лабораторных условиях [4]. При разработке учебной программы не учитывался ранее имевшийся опыт выполнения оперативных вмешательств или владение техническими навыками и не проводилось объективное измерение этих показателей перед зачислением начинающих хирургов на обучающий курс. В качестве начальной части программы обучения целесообразно внедрить модуль для развития когнитивных навыков, наподобие того, который используется для ЛХ в Английском королевском хирургическом колледже [19]. Завершение данной учебной программы основывается на координационных навыках, а не на балловой оценке безопасности и не на показателях клинического исхода. Важным направлением исследований является использование шкал оценки технических навыков с их последующей интеграцией в программное обеспечение симулятора [20].
Крайне важно распространить данную учебную программу среди других пользователей средств ВО, что позволит выполнить внешнюю валидацию учебной программы и оценить ее простоту и применимость, а также окончательно определить, на самом ли деле она позволяет подготовленным с ее помощью начинающим хирургам с большей легкостью и сноровкой переходить к выполнению лапароскопических оперативных вмешательств реальным пациентам. Таким образом, когда другие хирургические центры тоже перейдут к системе обучения на основе средств ВО с объективным измерением показателей квалификации перед выполнением оперативных вмешательств, - лишь вопрос времени.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Литература/References
1. Reichenbach D.J., Tackett A.D., Harris J., Camach D., et al. Laparoscopic colon resection early in the learning curve: what is the appropriate setting? Ann Surg. 2006; Vol. 243: 730-5.
2. Watson D.I., Baigrie R.J., Jamieson G.G. A learning curve for laparoscopic fundoplication. Definable, avoidable, or a waste of time? Ann Surg. 1996; Vol. 224: 198-203.
3. Aggarwal R., Darzi A. Technical-skills training in the 21st century. N Engl J Med. 2006; Vol. 355: 2695-6.
4. Aggarwal R., Ward J., Balasundaram I., Sains P., et al. Proving the effectiveness of virtual reality simulation for training laparoscopic surgery. Ann Surg. 2007; Vol. 246: 771-9.
5. Sturm L.P., Windsor J.A., Cosman P.H., Cregan P., et al. A systematic review of skills transfer after surgical simulation training. Ann Surg. 2008; Vol. 248: 166-79.
6. Anastakis D.J., Wanzel K.R., Brown M.H., McIlroy J.H., et al. Evaluating the effectiveness of a 2-year curriculum in a surgical skills center. Am J Surg. 2003; Vol. 185: 378-85.
7. Aggarwal R., Grantcharov T.P., Darzi A. Framework for systematic training and assessment of technical skills. J Am Coll Surg. 2007; Vol. 204: 697-705.
8. Aggarwal R., Grantcharov T.P., Eriksen J.R., Blirup D., et al. An evidence-based virtual reality training program for novice laparoscopic surgeons. Ann Surg. 2006; Vol. 244: 310-4.
9. Aggarwal R., Grantcharov T., Moorthy K., Hance J., et al. A competency-based virtual reality training curriculum for the acquisition of laparoscopic psychomotor skill. Am J Surg. 2006; Vol. 191: 128-33.
10. Mackay S., Morgan P., Datta V., Chang A., et al. Practice distribution in procedural skills training: a randomized controlled trial. Surg Endosc. 2002; Vol. 16: 957-61.
11. Moulton C.A., Dubrowski A., Macrae H., Graham B., et al. Teaching surgical skills: what kind of practice makes perfect? a randomized, controlled trial. Ann Surg. 2006; Vol. 244: 400-9.
12. McDougall E.M., Corica F.A., Boker J.R., Sala L.G., et al. Construct validity testing of a laparoscopic surgical simulator. J Am Coll Surg. 2006; Vol. 202: 779-87.
13. Zhang A., Hunerbein M., Dai Y., Schlag P.M., et al. Construct validity testing of a laparoscopic surgery simulator (Lap Mentor): evaluation of surgical skill with a virtual laparoscopic training simulator. Surg Endosc. 2008; Vol. 22: 1440-4.
14. Gallagher A.G., Satava R.M. Virtual reality as a metric for the assessment of laparoscopic psychomotor skills. Learning curves and reliability measures. Surg Endosc. 2002; Vol. 16: 1746-52.